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JP3642105B2 - Battery pack - Google Patents

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JP3642105B2
JP3642105B2 JP11975096A JP11975096A JP3642105B2 JP 3642105 B2 JP3642105 B2 JP 3642105B2 JP 11975096 A JP11975096 A JP 11975096A JP 11975096 A JP11975096 A JP 11975096A JP 3642105 B2 JP3642105 B2 JP 3642105B2
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JP
Japan
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voltage
switch circuit
circuit
battery
battery pack
Prior art date
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JP11975096A
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JPH09285018A (en
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正一 中村
諭 小林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リチウムイオン電池の電池パックに関する。
【0002】
【従来の技術】
充電式電池(2次電池)としてニッケルカドミウム電池があるが、その充電特性は図3Aに示すとおりである。すなわち、空のニッケルカドミウム電池を一定の大きさの直流電流で充電していくと、充電につれて端子電圧は次第に上昇していく。そして、満充電になると、端子電圧は極大値を示し、以後、次第に低下していく。なお、この端子電圧の低下の速度(割り合い)は、充電電流が1Cの大きさのとき、10〜20mV/分程度である。
【0003】
したがって、ニッケルカドミウム電池を充電する場合、充電をしながら端子電圧のチェックを行い、端子電圧が低下するようになったら、充電を停止すれば、満充電を行うことができ、しかも、過充電を防止することができる。
【0004】
図4は、そのような方法により充電を行うようにした充電装置の一例を示し、符号10はその充電装置、符号20はニッケルカドミウム電池の電池パックである。
【0005】
そして、電源プラグ11からの例えば100Vの商用交流電圧が、電源回路(AC−DCコンバータ)12に供給されて所定の直流電圧が取り出され、この直流電圧が定電流回路13に供給されて例えば1Cの大きさの充電用の定電流I13が形成される。そして、この定電流I13が、充電制御用のスイッチ回路14を通じ、さらに、逆流防止用のダイオードD11を通じて+側の充電端子T11に出力される。なお、符号T12は−側の充電端子である。
【0006】
また、充電制御用としてマイクロコンピュータ15が設けられ、これに電源回路12から動作電圧が供給される。さらに、スイッチ回路14の出力側と、接地との間に得られる電圧が、抵抗器R11、R12により分圧され、その分圧電圧V11が、マイクロコンピュータ15のアナログ入力ポート(A/Dコンバータ)A/Dに供給される。また、マイクロコンピュータ15の出力ポートQ11の出力が、スイッチ回路14にその制御信号として供給される。なお、符号C11は、電圧V11に含まれるノイズ成分やリップル成分などを除去するためのコンデンサである。
【0007】
一方、電池パック20は、この例においては、3個のニッケルカドミウム電池21A〜21Cが直列接続され、したがって、定格出力電圧は3.6Vとされている。また、容量は例えば1000mAhとされている。
【0008】
そして、電池21Aの+極が+側の充放電端子T21に接続され、電池21Cの−極が電流検出用の小さい値の抵抗器R21および保護用のスイッチ回路22を通じて−側の充放電端子T22に接続される。なお、充電時には、電池パック20の端子T21、T22が、充電装置10の端子T11、T12にそれぞれ接続される。
【0009】
さらに、電池パック20には、検出回路23が設けられ、電池21A〜21Cの端子電圧が検出入力として入力されるとともに、抵抗器R21に生じる降下電圧が検出入力として供給され、その検出出力がスイッチ回路22に制御信号として供給される。
【0010】
このような構成において、充電装置10に電池パック20が接続されると、定電流回路13からの定電流I13が、スイッチ回路14→ダイオードD11→端子T11→端子T21→電池21A〜21C→抵抗器R21→スイッチ回路22→端子T22→端子T12→接地のラインを流れ、電池21A〜21Cは、1Cの大きさの定電流I13により充電されていく。
【0011】
そして、この充電につれて、上述のように(図3Aに示すように)、電池21A〜21Cの端子電圧が上昇していく。また、このとき、この電池21A〜21Cの端子電圧が、抵抗器R11、R12により分圧され、この分圧電圧V11がマイクロコンピュータ15に供給されて電池21A〜21Cの端子電圧がモニタされている。
【0012】
そして、満充電になると、電池21A〜21Cの端子電圧は極大となり、以後、低下していくが、これが電圧V11を通じてマイクロコンピュータ15により検出され、マイクロコンピュータ15によりスイッチ回路14がオフとされ、充電が終了する。したがって、電池21A〜21Cが満充電されるとともに、過充電されることがない。
【0013】
なお、充電時に、なんらかのトラブルにより電池21A〜21Cに供給される電圧が異常に高くなった場合、あるいは電池21A〜21Cの充電電流や放電電流(負荷電流)が異常に大きくなった場合、これが検出回路23により検出され、その検出出力によりスイッチ回路22がオフとされて電池21A〜21Cは過大電圧や過大電流から保護される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、業務用のポータブル電子機器、例えば取材用VTRには、電源として充電式電池の電池パックが広く使用されているが、その電池パックは一般に上述のようなニッケルカドミウム電池の電池パックとされている。
【0015】
これに対し、近年、充電式電池としてリチウムイオン電池が開発され、実用化されている。このリチウムイオン電池は、容量のわりに軽いので、取材用VTRなどの電源としてきわめて有効である。
【0016】
すなわち、リチウムイオン電池はニッケルカドミウム電池に比べ、1個あたりの出力電圧が高いとともに、取材用のVTRなどでは、電池の電圧を内蔵のDC−DCコンバータで変圧して使用しているので、使用可能な時間が50%〜100%も長くなる。また、例えばVTR取材の場合には、電源が確実に得られるようにするため、上記のような電池パックを5〜10個携帯するが、リチウムイオン電池の場合には、その数を30%〜40%減らすことができる。
【0017】
したがって、リチウムイオン電池を用いた電池パックは、業務用としてきわめて有効である。
【0018】
ところが、リチウムイオン電池の充電特性は図3Bに示すとおりである。すなわち、この特性図は、リチウムイオン電池を、充電量が50%になるまでは定電流で充電し、以後、定電圧で充電した場合であるが、この特性図にも示すように、リチウムイオン電池の場合、満充電になっても端子電圧は低下しない。
【0019】
このため、上述したニッケルカドミウム電池の電池パック20を充電する充電装置10を使用してリチウムイオン電池の電池パックの充電を行うと、満充電を検出できず、過充電になってしまう。
【0020】
この発明は、このような問題点を解決し、ニッケルカドミウム電池の電池パック20を充電する充電装置10により、適切に充電をすることのできるリチウムイオン電池の電池パックを提供しようとするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、
1対の充放電端子と、
リチウムイオン電池と、
このリチウムイオン電池の一方の電極と、上記1対の充放電端子の一方との間に直列接続された第1のスイッチ回路と、
上記リチウムイオン電池の満充電を検出する検出回路と、
上記1対の充放電端子の間に直列接続された抵抗器および第2のスイッチ回路と、
上記検出回路の検出出力にしたがって、上記第1のスイッチ回路および上記第2のスイッチ回路を制御する制御回路と
を有し、
充電時、上記制御回路により上記第1のスイッチ回路をオンにするとともに、上記第2のスイッチ回路をオフに制御し、
上記検出回路が上記リチウムイオン電池の満充電を検出したとき、上記制御回路により、上記第1のスイッチ回路を所定の周期でオン・オフ制御するとともに、上記第2のスイッチ回路を上記第1のスイッチ回路とは逆にオン・オフ制御し、かつ、
上記第1のスイッチ回路のオン・オフの周期のうち、そのオンの期間の割り合いを長くして上記1対の充放電端子の間の電圧を次第に低下させる
ようにした電池パック
とするものである。
【0022】
この結果、充電時にもニッケルカドミウム電池の電池パックとの互換性が確保される。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1において、符号30は、この発明による電池パックを示し、この例においては、図4において説明した充電装置10により充電できるように構成した場合であり、このため、1個のリチウムイオン電池31を有する。そして、この電池31の+極が+側の充放電端子T31に接続され、その−極が、電流検出用の小さい値の抵抗器R31および電池保護用のスイッチ回路32を通じて−側の充放電端子T32に接続される。
【0024】
また、過電圧および過電流の検出回路33が設けられ、電池31の端子電圧が検出回路33に供給されるとともに、抵抗器R31に生じる降下電圧が検出回路33に供給される。
【0025】
さらに、電池31の端子電圧を検出する検出回路34が設けられる。この検出回路34は、電池31を定電流で充電したときの端子電圧の上昇から満充電を検出するものであり、この例においては、端子電圧が4.3Vに達したとき、これを検出するものである。そして、検出回路33、34の検出出力が制御回路35に供給され、この制御回路35の出力信号S35がスイッチ回路32にその制御信号として供給される。なお、スイッチ回路32は、制御信号S35が“0”のときオン、“1”のときオフになるものとする。
【0026】
また、端子T31と端子T32との間に、スイッチ回路36と抵抗器R32とが直列接続されるとともに、電池31に、抵抗器R33とスイッチ回路37との直列回路が並列接続される。そして、制御回路35の出力信号S35がインバータ回路38に供給されてレベルの反転した信号とされ、この反転信号がスイッチ回路36、37にそれらの制御信号が供給される。
【0027】
この場合、抵抗器R32は後述する動作に対応した値に設定され、抵抗器R33は、スイッチ回路37がオンのとき、電池31が例えば0.1C〜0.2C程度の放電電流を流すような値とされる。また、スイッチ回路36、37は、制御信号S35が“0”のときオフ、“1”のときオンになるものとする。
【0028】
さらに、電池パック30は、図4において説明した充電装置10により充電されるが、充電装置10の無負荷時の出力電圧は、図4のニッケルカドミウム電池の電池パック20の定格出力電圧3.6Vの2倍の7.2Vであるとする。
【0029】
また、図4の充電装置10においては、端子T11と端子T12との間の電圧は、電池パック20が接続されていないときには、上記の無負荷時の電圧7.2Vとなり、電池パック20が接続されているときには、無負荷時の電圧よりも低くなるが、この電圧の違いが、分圧電圧V11によりマイクロコンピュータ15に通知され、マイクロコンピュータ15は、端子T11、T12が無負荷であるかどうかを検出するようになっているものとする。
【0030】
このような構成において、定常時には、図2Aの時点t1以前に示すように、制御信号S35は“0”であり、これにより図2Bに示すように、スイッチ回路32はオンであるとともに、図2Cに示すように、スイッチ回路36、37はオフである。
【0031】
したがって、充電装置10に電池パック30が接続されると、定電流回路13からの定電流I13が、スイッチ回路14→ダイオードD11→端子T11→端子T31→電池31→抵抗器R31→スイッチ回路32→端子T32→端子T12→接地のラインを流れ、電池3は、1Cの大きさの定電流I13により充電されていく。
【0032】
そして、この充電につれて、図3Bに示すように、電池31の端子電圧が上昇していくとともに、これに対応して図2Dに実線で示すように、端子T31と端子T32との間の電圧V30も上昇していく。なお、以下の説明においては、簡単のため、正常に動作している場合の抵抗器R31における電圧降下は小さいので無視し、電池31の端子電圧と電圧V30とは等しいものとする。
【0033】
そして、時点t1に電池31が満充電になると、すなわち、図2Dに実線で示すように、電池31の端子電圧が規定値4.3Vに達すると、これが検出回路34により検出されて制御回路35に通知される。
【0034】
すると、図2Aに示すように、時点t1から信号S35は周期τが例えば20m秒のパルスとされるとともに、そのデューティーレシオ(“1”の期間の割り合い)が例えば90%から始まって15分後に10%になるように、10%ずつ小さくされていく。
【0035】
そして、周期τのうち、S35=“1”の期間には、スイッチ回路32がオフとなるとともに、スイッチ回路36、37がオンとなるので、電池31は充電されなくなるととともに、充電装置10からの充電電流(定電流)I13は、抵抗器R32を流れるようになる。この結果、抵抗器R32の値をあらかじめ設定しておくことにより、電圧V30は、図2Dに実線で示すように、例えば5Vとなる。
【0036】
また、周期τのうち、S35=“0”の期間には、スイッチ回路32がオンとなるとともに、スイッチ回路36、37がオフとなるので、端子T31、T32の電圧V30は、図2Dに実線で示すように、電池31の端子電圧、すなわち、規定値4.3Vになる。
【0037】
したがって、端子T31、T32の電圧V30は、図2Dに実線で示すように、時点t1から信号S35に対応してパルス状に変化するとともに、信号S35のデューティーレシオに対応して電圧V30の高い期間の割り合いは次第に小さくなっていく。
【0038】
なお、期間τのうち、S35=“0”の期間に、スイッチ回路32がオンとなるとともに、スイッチ回路36、37がオフとなるので、電池31は満充電後も充電されることになるが、続くS35=“1”の期間に、スイッチ回路37がオンとなって電池31は抵抗器R33を通じて例えば0.1C〜0.2Cの大きさで放電されるので、電池31が過充電となることはない。
【0039】
そして、電圧V30が、時点t1から図2Dに実線で示すように変化すると、その平均電圧は図2Dに破線で示すように、次第に低下していることになる。
【0040】
そして、このように電圧V30の平均値が低下していくと、これは、充電装置10のマイクロコンピュータ15から見て図3Aにおける満充電後の端子電圧の低下と等価なので、マイクロコンピュータ15は電池パック30が満充電されたと判断し、スイッチ回路14をオフにする。
【0041】
したがって、電池パック30の充電を終了したことになるとともに、このとき、電池31は満充電されていることになる。
【0042】
なお、充電時に、なんらかのトラブルにより電池31に供給される電圧が異常に高くなった場合、あるいは電池31の充電電流や放電電流(負荷電流)が異常に大きくなった場合、これが検出回路33により検出されて制御回路35に通知され、信号S35によりスイッチ回路32がオフとされて電池31は過大電圧や過大電流から保護される。
【0043】
以上のように、図1の電池パック30によれば、満充電後の端子電圧の低下を疑似的に発生させているので、電池パック30がリチウムイオン電池の電池パックであっても、ニッケルカドミウム電池パックを充電する充電装置10で、満充電を行うことができるとともに、過充電となることがない。
【0044】
実験によれば、上記の数値条件で、1C=1000mAのとき、時点t1後における電圧V30の平均値の低下は、37.3mV/分であり、約2分後に充電を終了させることができた。
【0045】
なお、長時間充電しないで放置しておいたニッケルカドミウム電池を充電すると、その充電の開始時に端子電圧が低下するので、充電開始時から例えば5分間は、端子電圧の低下を無視するようにした充電装置もある。したがって、電池パック30においても、充電開始時から5分間、すなわち、端子電圧の低下を無視する期間を経過したら、時点t1以後の処理を許可するようにしてもよい。
【0046】
また、充電時と放電時とでは、抵抗器R31を流れる電流の方向が逆になり、抵抗器R31に生じる降下電圧の極性が逆になるので、これを利用して検出回路33が過電圧を検出するときの電圧レベルを変更することもできる。
【0047】
さらに、充電時、抵抗器R31および電池31の内部抵抗における降下電圧を考慮して検出回路34が満充電を検出するときの電圧レベルを設定すれば、より確実な充電を行うことができる。
【0048】
【発明の効果】
この発明のリチウムイオン電池の電池パックによれば、充電時にもニッケルカドミウム電池との互換性があり、ニッケルカドミウム電池の電池パックを充電する充電装置であっても、過不足なく充電を行うことができる。また、このことによりリチウムイオン電池の電池パックのために新たに充電装置を購入しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一形態を示す接続図である。
【図2】図1の回路の動作を示す波形図である。
【図3】充電式電池の充電特性を示す図である。
【図4】充電装置および充電式電池パックの一例を示す接続図である。
【符号の説明】
30=電池パック、31=リチウムイオン電池、32=スイッチ回路、33=検出回路、34=検出回路、35=制御回路、36=スイッチ回路、37=スイッチ回路、38=インバータ回路、T31=+側充放電端子、T32=−側充放電端子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack of a lithium ion battery.
[0002]
[Prior art]
There is a nickel cadmium battery as a rechargeable battery (secondary battery), and its charging characteristics are as shown in FIG. 3A. That is, when an empty nickel cadmium battery is charged with a constant direct current, the terminal voltage gradually increases as the battery is charged. When the battery is fully charged, the terminal voltage shows a maximum value, and then gradually decreases. Note that the terminal voltage decrease rate (rate) is about 10 to 20 mV / min when the charging current is 1 C.
[0003]
Therefore, when charging a nickel cadmium battery, the terminal voltage is checked while charging, and when the terminal voltage starts to drop, if the charging is stopped, the battery can be fully charged, and overcharging can be performed. Can be prevented.
[0004]
FIG. 4 shows an example of a charging apparatus that performs charging by such a method, wherein reference numeral 10 denotes the charging apparatus, and reference numeral 20 denotes a battery pack of a nickel cadmium battery.
[0005]
Then, a commercial AC voltage of, for example, 100 V from the power plug 11 is supplied to the power supply circuit (AC-DC converter) 12 to extract a predetermined DC voltage, and this DC voltage is supplied to the constant current circuit 13 to, for example, 1C A constant current I13 for charging having a magnitude of is formed. The constant current I13 is output to the positive charging terminal T11 through the charging control switch circuit 14 and further through the backflow preventing diode D11. Reference sign T12 is a negative charging terminal.
[0006]
A microcomputer 15 is provided for charge control, and an operating voltage is supplied from the power supply circuit 12 to the microcomputer 15. Further, the voltage obtained between the output side of the switch circuit 14 and the ground is divided by resistors R11 and R12, and the divided voltage V11 is an analog input port (A / D converter) of the microcomputer 15. Supplied to A / D. The output of the output port Q11 of the microcomputer 15 is supplied to the switch circuit 14 as its control signal. Reference numeral C11 is a capacitor for removing a noise component, a ripple component, and the like included in the voltage V11.
[0007]
On the other hand, in the battery pack 20, in this example, three nickel cadmium batteries 21A to 21C are connected in series, and thus the rated output voltage is 3.6V. Further, the capacity is set to, for example, 1000 mAh.
[0008]
The positive electrode of the battery 21A is connected to the positive charge / discharge terminal T21, and the negative electrode of the battery 21C is connected to the negative charge / discharge terminal T22 through the resistor R21 having a small value for current detection and the protection switch circuit 22. Connected to. During charging, terminals T21 and T22 of battery pack 20 are connected to terminals T11 and T12 of charging device 10, respectively.
[0009]
Further, the battery pack 20 is provided with a detection circuit 23, the terminal voltages of the batteries 21A to 21C are input as detection inputs, and the drop voltage generated in the resistor R21 is supplied as the detection input. It is supplied to the circuit 22 as a control signal.
[0010]
In such a configuration, when the battery pack 20 is connected to the charging device 10, the constant current I13 from the constant current circuit 13 is changed to the switch circuit 14, the diode D11, the terminal T11, the terminal T21, the batteries 21A to 21C, and the resistor. The battery flows from the R21 → switch circuit 22 → terminal T22 → terminal T12 → ground line, and the batteries 21A to 21C are charged with a constant current I13 having a magnitude of 1C.
[0011]
As the battery is charged, the terminal voltages of the batteries 21A to 21C increase as described above (as shown in FIG. 3A). At this time, the terminal voltages of the batteries 21A to 21C are divided by the resistors R11 and R12, and the divided voltage V11 is supplied to the microcomputer 15 to monitor the terminal voltages of the batteries 21A to 21C. .
[0012]
When the battery is fully charged, the terminal voltages of the batteries 21A to 21C become maximal and then decrease, but this is detected by the microcomputer 15 through the voltage V11, and the switch circuit 14 is turned off by the microcomputer 15 to charge the battery. Ends. Therefore, the batteries 21A to 21C are fully charged and are not overcharged.
[0013]
When charging, the voltage supplied to the batteries 21A to 21C becomes abnormally high due to some trouble, or when the charging current or discharging current (load current) of the batteries 21A to 21C becomes abnormally high, this is detected. Detected by the circuit 23, the switch circuit 22 is turned off by the detection output, and the batteries 21A to 21C are protected from an excessive voltage or an excessive current.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a rechargeable battery pack is widely used as a power source for commercial portable electronic devices such as a VTR for coverage. However, the battery pack is generally a battery pack of a nickel cadmium battery as described above. Yes.
[0015]
On the other hand, in recent years, lithium ion batteries have been developed and put into practical use as rechargeable batteries. Since this lithium ion battery is light in capacity, it is extremely effective as a power source for a news gathering VTR.
[0016]
In other words, the lithium ion battery has a higher output voltage per unit than the nickel cadmium battery, and in the VTR for coverage, etc., the battery voltage is transformed by the built-in DC-DC converter. The possible time is 50% to 100% longer. For example, in the case of VTR coverage, 5-10 battery packs as described above are carried in order to ensure that a power source is obtained, but in the case of lithium ion batteries, the number is 30% to It can be reduced by 40%.
[0017]
Therefore, a battery pack using a lithium ion battery is extremely effective for business use.
[0018]
However, the charging characteristics of the lithium ion battery are as shown in FIG. 3B. In other words, this characteristic diagram shows a case where a lithium ion battery is charged at a constant current until the amount of charge reaches 50%, and thereafter charged at a constant voltage. In the case of a battery, the terminal voltage does not decrease even when the battery is fully charged.
[0019]
For this reason, if the charging device 10 which charges the battery pack 20 of the nickel cadmium battery described above is used to charge the battery pack of the lithium ion battery, the full charge cannot be detected and the battery is overcharged.
[0020]
The present invention is intended to solve the above problems and provide a battery pack of a lithium ion battery that can be appropriately charged by the charging device 10 that charges the battery pack 20 of the nickel cadmium battery. .
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In this invention,
A pair of charge / discharge terminals;
A lithium-ion battery;
A first switch circuit connected in series between one electrode of the lithium ion battery and one of the pair of charge / discharge terminals;
A detection circuit for detecting a full charge of the lithium ion battery;
A resistor and a second switch circuit connected in series between the pair of charge / discharge terminals;
A control circuit for controlling the first switch circuit and the second switch circuit according to the detection output of the detection circuit;
When charging, the control circuit turns on the first switch circuit and controls the second switch circuit off,
When the detection circuit detects a full charge of the lithium ion battery, the control circuit controls the first switch circuit to be turned on / off at a predetermined cycle, and the second switch circuit is set to the first switch. On / off control contrary to the switch circuit, and
Among the on / off cycles of the first switch circuit, a battery pack in which the on-period ratio is lengthened to gradually decrease the voltage between the pair of charge / discharge terminals. is there.
[0022]
As a result, compatibility with the battery pack of the nickel cadmium battery is ensured even during charging.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1, reference numeral 30 denotes a battery pack according to the present invention. In this example, the battery pack is configured to be charged by the charging device 10 described in FIG. 4. Therefore, one lithium ion battery 31 is used. Have The positive electrode of the battery 31 is connected to the positive charge / discharge terminal T31, and the negative electrode is connected to the negative charge / discharge terminal through the resistor R31 having a small value for current detection and the switch circuit 32 for battery protection. Connected to T32.
[0024]
In addition, an overvoltage and overcurrent detection circuit 33 is provided, the terminal voltage of the battery 31 is supplied to the detection circuit 33, and the voltage drop generated in the resistor R31 is supplied to the detection circuit 33.
[0025]
Furthermore, a detection circuit 34 that detects the terminal voltage of the battery 31 is provided. The detection circuit 34 detects a full charge from a rise in terminal voltage when the battery 31 is charged with a constant current. In this example, the detection circuit 34 detects when the terminal voltage reaches 4.3V. It is. The detection outputs of the detection circuits 33 and 34 are supplied to the control circuit 35, and the output signal S35 of the control circuit 35 is supplied to the switch circuit 32 as its control signal. The switch circuit 32 is turned on when the control signal S35 is "0" and turned off when the control signal S35 is "1".
[0026]
Further, the switch circuit 36 and the resistor R32 are connected in series between the terminal T31 and the terminal T32, and the series circuit of the resistor R33 and the switch circuit 37 is connected in parallel to the battery 31. Then, the output signal S35 of the control circuit 35 is supplied to the inverter circuit 38 to obtain a signal whose level is inverted, and this inverted signal is supplied to the switch circuits 36 and 37.
[0027]
In this case, the resistor R32 is set to a value corresponding to the operation described later, and the resistor R33 is set to a value such that the battery 31 flows a discharge current of about 0.1 C to 0.2 C, for example, when the switch circuit 37 is on. Is done. The switch circuits 36 and 37 are turned off when the control signal S35 is "0" and turned on when "1".
[0028]
Further, the battery pack 30 is charged by the charging device 10 described with reference to FIG. 4, and the output voltage of the charging device 10 when no load is applied is the rated output voltage 3.6V of the battery pack 20 of the nickel cadmium battery of FIG. It is assumed that the voltage is doubled 7.2V.
[0029]
Further, in the charging device 10 of FIG. 4, when the battery pack 20 is not connected, the voltage between the terminal T11 and the terminal T12 becomes the above-mentioned no-load voltage 7.2V, and the battery pack 20 is connected. However, the voltage difference is notified to the microcomputer 15 by the divided voltage V11, and the microcomputer 15 determines whether or not the terminals T11 and T12 are unloaded. Suppose that it comes to detect.
[0030]
In such a configuration, at the time of steady operation, the control signal S35 is “0” as shown before time t1 in FIG. 2A, so that the switch circuit 32 is on as shown in FIG. As shown, the switch circuits 36 and 37 are off.
[0031]
Therefore, when the battery pack 30 is connected to the charging device 10, the constant current I13 from the constant current circuit 13 is changed from the switch circuit 14 → diode D11 → terminal T11 → terminal T31 → battery 31 → resistor R31 → switch circuit 32 → The battery 3 is charged with a constant current I13 having a magnitude of 1C through a line of terminal T32 → terminal T12 → ground.
[0032]
As this charging is performed, the terminal voltage of the battery 31 increases as shown in FIG. 3B. Correspondingly, as shown by the solid line in FIG. 2D, the voltage V30 between the terminals T31 and T32 is shown. Will also rise. In the following description, for the sake of simplicity, the voltage drop in the resistor R31 when operating normally is small and ignored, and the terminal voltage of the battery 31 and the voltage V30 are assumed to be equal.
[0033]
When the battery 31 is fully charged at time t1, that is, as shown by the solid line in FIG. 2D, when the terminal voltage of the battery 31 reaches the specified value 4.3V, this is detected by the detection circuit 34 and is sent to the control circuit 35. Be notified.
[0034]
Then, as shown in FIG. 2A, from time t1, the signal S35 is a pulse with a period τ of, for example, 20 milliseconds, and its duty ratio (ratio of “1” period) starts from 90%, for example, 15 minutes. It will be reduced by 10% so that it will be 10% later.
[0035]
In the period τ of the period τ, the switch circuit 32 is turned off and the switch circuits 36 and 37 are turned on, so that the battery 31 is not charged and the charging device 10 Charging current (constant current) I13 flows through the resistor R32. As a result, by setting the value of the resistor R32 in advance, the voltage V30 becomes, for example, 5V as shown by a solid line in FIG. 2D.
[0036]
In the period τ of the period τ, the switch circuit 32 is turned on and the switch circuits 36 and 37 are turned off during the period of S35 = "0". Therefore, the voltage V30 at the terminals T31 and T32 is shown by a solid line in FIG. As shown, the terminal voltage of the battery 31, that is, the specified value is 4.3V.
[0037]
Therefore, as shown by the solid line in FIG. 2D, the voltage V30 at the terminals T31 and T32 changes in a pulse shape corresponding to the signal S35 from the time point t1, and a high period of the voltage V30 corresponding to the duty ratio of the signal S35. The proportion of is gradually getting smaller.
[0038]
In the period τ, the switch circuit 32 is turned on and the switch circuits 36 and 37 are turned off during the period S35 = “0”, so that the battery 31 is charged even after full charge. In the subsequent period of S35 = "1", the switch circuit 37 is turned on and the battery 31 is discharged through the resistor R33 at a magnitude of 0.1 C to 0.2 C, for example, so that the battery 31 is overcharged. Absent.
[0039]
When the voltage V30 changes from the time t1 as shown by a solid line in FIG. 2D, the average voltage gradually decreases as shown by a broken line in FIG. 2D.
[0040]
When the average value of the voltage V30 decreases in this way, this is equivalent to the decrease in the terminal voltage after full charge in FIG. It is determined that the pack 30 is fully charged, and the switch circuit 14 is turned off.
[0041]
Therefore, the charging of the battery pack 30 is finished, and at this time, the battery 31 is fully charged.
[0042]
When the voltage supplied to the battery 31 becomes abnormally high due to some trouble during charging, or when the charging current or discharging current (load current) of the battery 31 becomes abnormally large, this is detected by the detection circuit 33. Then, the control circuit 35 is notified, the switch circuit 32 is turned off by the signal S35, and the battery 31 is protected from an excessive voltage or an excessive current.
[0043]
As described above, according to the battery pack 30 of FIG. 1, since the terminal voltage drop after full charge is generated in a pseudo manner, even if the battery pack 30 is a lithium ion battery pack, nickel cadmium is used. The charging device 10 for charging the battery pack can be fully charged and is not overcharged.
[0044]
According to the experiment, when 1C = 1000 mA under the above numerical conditions, the decrease in the average value of the voltage V30 after time t1 was 37.3 mV / min, and the charging could be terminated after about 2 minutes.
[0045]
If a nickel cadmium battery that has been left uncharged for a long time is charged, the terminal voltage decreases at the start of the charge, so for example, the decrease in the terminal voltage is ignored for 5 minutes from the start of charging. There is also a charging device. Therefore, in the battery pack 30 as well, after 5 minutes from the start of charging, that is, when a period of ignoring the decrease in the terminal voltage has elapsed, the processing after time t1 may be permitted.
[0046]
In addition, the direction of the current flowing through the resistor R31 is reversed between charging and discharging, and the polarity of the drop voltage generated in the resistor R31 is reversed, so that the detection circuit 33 detects an overvoltage using this. You can also change the voltage level.
[0047]
Further, when charging, if the voltage level at which the detection circuit 34 detects full charge is set in consideration of the voltage drop in the resistor R31 and the internal resistance of the battery 31, more reliable charging can be performed.
[0048]
【The invention's effect】
According to the battery pack of the lithium ion battery of the present invention, even when charging, the battery pack is compatible with the nickel cadmium battery, and even if it is a charging device that charges the battery pack of the nickel cadmium battery, it can be charged without excess or deficiency. it can. This also eliminates the need to purchase a new charging device for the battery pack of the lithium ion battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram illustrating one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing an operation of the circuit of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing charging characteristics of a rechargeable battery.
FIG. 4 is a connection diagram illustrating an example of a charging device and a rechargeable battery pack.
[Explanation of symbols]
30 = battery pack, 31 = lithium ion battery, 32 = switch circuit, 33 = detection circuit, 34 = detection circuit, 35 = control circuit, 36 = switch circuit, 37 = switch circuit, 38 = inverter circuit, T31 = + side Charge / discharge terminal, T32 = -side charge / discharge terminal

Claims (5)

1対の充放電端子と、
リチウムイオン電池と、
このリチウムイオン電池の一方の電極と、上記1対の充放電端子の一方との間に直列接続された第1のスイッチ回路と、
上記リチウムイオン電池の端子電圧が充電により満充電の電圧まで上昇したとき、この満充電の電圧まで上昇したことを検出する検出回路と、
上記1対の充放電端子の間に直列接続された抵抗器および第2のスイッチ回路と、
上記検出回路の検出出力にしたがって、上記第1のスイッチ回路および上記第2のスイッチ回路を制御する制御回路と
を有し、
充電時、上記制御回路により上記第1のスイッチ回路をオンにするとともに、上記第2のスイッチ回路をオフに制御し、
上記検出回路が上記リチウムイオン電池の端子電圧が上記満充電の電圧まで上昇したことを検出したとき、上記制御回路により、上記第1のスイッチ回路を所定の周期でオン・オフ制御するとともに、上記第2のスイッチ回路を上記第1のスイッチ回路とは逆にオン・オフ制御し、かつ、
上記第1のスイッチ回路のオン・オフの周期のうち、そのオンの期間の割り合いを次第に長くして上記1対の充放電端子の間の平均の電圧を次第に低下させる
ようにした電池パック。
A pair of charge / discharge terminals;
A lithium-ion battery;
A first switch circuit connected in series between one electrode of the lithium ion battery and one of the pair of charge / discharge terminals;
When the terminal voltage of the lithium ion battery rises to a fully charged voltage due to charging, a detection circuit that detects that the voltage has risen to the fully charged voltage ;
A resistor and a second switch circuit connected in series between the pair of charge / discharge terminals;
A control circuit for controlling the first switch circuit and the second switch circuit according to the detection output of the detection circuit;
When charging, the control circuit turns on the first switch circuit and controls the second switch circuit off,
The detection circuit, when the terminal voltage of the lithium ion battery is detected that rises to the voltage of the fully charged above, by the control circuit, which controls on and off the first switching circuit at a predetermined period, The second switch circuit is turned on / off in the opposite direction to the first switch circuit, and
A battery pack in which an on-off period of the first switch circuit is gradually lengthened so that an average voltage between the pair of charge / discharge terminals is gradually decreased.
請求項1に記載の電池パックにおいて、
上記第1のスイッチ回路がオフで上記第2のスイッチ回路がオンの期間、上記1対の充放電端子の間の電圧が、上記検出回路により検出される上記満充電の電圧よりも高く設定される
ようにした電池パック。
The battery pack according to claim 1,
During the period when the first switch circuit is off and the second switch circuit is on, the voltage between the pair of charge / discharge terminals is set higher than the full charge voltage detected by the detection circuit. A battery pack designed to be used.
請求項2に記載の電池パックにおいて、
上記リチウムイオン電池に、別の抵抗器と第3のスイッチ回路との直列回路を並列接続し、
上記第2のスイッチ回路のオン・オフと同時にオン・オフする
ようにした電池パック。
The battery pack according to claim 2,
A series circuit of another resistor and a third switch circuit is connected in parallel to the lithium ion battery,
A battery pack that is turned on / off simultaneously with the turning on / off of the second switch circuit.
請求項2に記載の電池パックにおいて、
充電開始時から所定の期間、上記制御回路の処理を実行しない
ようにした電池パック。
The battery pack according to claim 2,
A battery pack in which the processing of the control circuit is not executed for a predetermined period from the start of charging.
請求項2に記載の電池パックにおいて、
上記リチウムイオン電池の内部抵抗に生じる降下電圧を補正して上記検出回路の検出レベルを設定する
ようにした電池パック。
The battery pack according to claim 2,
A battery pack configured to set a detection level of the detection circuit by correcting a voltage drop generated in an internal resistance of the lithium ion battery.
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